燃气供热锅炉房烟气余热深度回收技术应用研究
时间：2021-02-08 20:02:45 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：燃气供热锅炉排出的烟气经过脱硫处理以后，烟气的温度比较高，同时还携带大力的水蒸气、粉尘等其他杂质，这些杂质的成分比较复杂、腐蚀性比较强，如果直接排放到大气环境中，不仅会造成大气污染，提高MP2.5的排放量。本文主要阐述了燃气供热锅炉烟气余热回收技术的工作原理，并在传统的锅炉烟气余热回收技术的基础上，提出了余热深度回收技术，并结合具体的案例进行分析。
关键词：燃气供热锅炉；余热回收技术；大气环境
中图分类号：TU995 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）12-0007-02
天然气作为一种清洁能源，能减少二氧化硫和粉尘的排放量，缓解全球温室效应，达到生态环境的目的。因此，近年来天然气燃烧设备广泛应用在社会生产各个领域。然而这些供热锅炉设备普遍存在排烟温度过高的问题，不仅增加了锅炉运行的成本，而且浪费了天然气能源。在当前能源危机严峻的情况，实现节能减排不仅关系到企业经济效益，而且直接关系到国家能源安全问题。
1 燃气供热锅炉烟气余热深度回收技术
天然气的主要成分是甲烷（CH4），甲烷和空气中的氧气发生化学反应，生成大量的水蒸汽，水蒸汽吸收燃烧过程中的大量热量，整个热量占整个天然气燃烧总值的的10%～11%，这也是天然气的潜热值，大概在4000KJ/Nm3，这表示没燃烧1Nm3的天然气，水蒸汽将带走4000KJ热量，这些热量和烟气混合在一起没经过处理直接排放到大气环境中。燃气锅炉排烟中的余热包括潜热和显热。当前大部分的燃气锅炉高温烟气的水蒸气没有达到饱和的状态，所以在实际运行过程中，还需要对水蒸气降温处理冷凝析出。水蒸气冷凝析出，必须将烟气的温度降低到露点以下。一般来说天然气的锅炉烟气露点温度在55-60℃之间。所以，烟气余热回收装置必须具备一定的热交换能力，能够及时将高温烟气降低到，将更多的水蒸气冷凝析出。传统的燃气锅炉余热回收技术通过间壁换热的方式，也就是天然气燃烧的烟气通过换热管壁将热量传给冷水泵的中的冷水，将水进行加热。这种换热方式的传热效率比较低，一般只有80W/m2K。为了提高冷水的传热效率，一般还需要在锅炉设备房增加大量的钢管，提高冷水受热面积，这一方面增加了钢管的耗材，提高了天然气供热系统的成本；另外一方面一定程度上增加了排烟阻力，对一些依靠热压排烟系统造成一定的影响。
2 新型烟气余热深度回收技术
传统的间壁换热方式很容易受到热网回水温度和空气回收余热能力等方面的限制，降低烟气温度的范围有限，所以冷凝效果不是很好。因此在原来的基础上提出了吸收式热泵替换常规的间壁式换热。这种吸收式热泵在天然气的高温热源驱动下，通过喷淋的方式，将循环的冷却水和高温的烟气进行高空接触，烟气被冷却水降温冷凝，析出的冷凝水和循环水一起进入到换热器的凝水池中。在这个过程中，由于冷却水的温度比较低，所以冷凝效果比较好，一般可以将烟气的温度降低到25℃甚至更低，极大的提高了设备的换热效果。一般而言，天然气燃烧产生的烟气零点温度在55℃-60℃，烟气的温度在55℃以下，才会析出冷凝水，并释放潜热。如果想要将70%的水蒸气进行冷凝，那么烟气的温度比较降低到30%，想要达到这样的换热效果，那么必须确保循环的冷却水换热温度低于30℃。但是这样的水温太低，无法直接应用到供暖系统。通过吸收式热泵将换热机组，将低温水源作为热源泵，可以直接将热泵中的回收加热到80℃以上，直接用于供暖系统。这种换热技术采用直接接触式换热器，和间壁换热方式相比，增加了烟气和冷却水接触面积，可以瞬间实现热交换，达到提高换热效率的目的。采用这种直接接触式换热器，即便在烟气和水温差比较小的情况下，也能进行接触式换热，不需要经过金属换热面，减少了传热钢管的面积，降低了烟气回收技术的成本。同时，烟气中的酸性物质直接在水中溶解，并和溶液中的碱性物质，比如NaCO3、NaOH等进行中和，避免对换热器中的一些钢管材料了造成腐蚀，提高设备的使用周期。
3 燃气供热锅炉房烟气余热深度回收技术应用
3.1 工程概况
某家屬区锅炉房有1台14MW燃气热水锅炉和3台29MW燃气热水锅炉，这4台燃气热水锅炉的烟气经过燃烧后直接排放到大气环境，在锅炉的尾部设置了省煤器，烟气进入到烟囱的温度在60℃左右。此次只对锅炉房内的一台29MW燃气热水锅锅炉进行改造，具体的改造方案如下：在燃气锅炉房内增加余热回收装置，吸收29MW燃气锅炉释放的烟气，锅炉中的烟气经过节能器进入到烟气余热回收装置中释放大量的县热和潜热，烟气和循环冷却水进行接触以后，烟气温度降低到25℃，直接排放到大气环境中。喷淋水在直接接触式换热器中升温后直接输送到直燃热泵，天然气提供热源给直燃热泵并吸收喷淋水中的热量，用于加热回水的温度，从而降低锅炉的天然气消耗量。
3.2 应用效果分析
对改造后天然气锅炉房29MW锅炉热水设备进行监测，对直接接触式的换热器的节能减排效果进行分析，其具体情况如下：
3.2.1 节能性能分析
改造以后，不仅降低了29MW锅炉的天然气损耗量，而且降低了烟气中的污染物排放量。烟气和循环水在喷淋换热过程中，烟气中的酸性物质和水中的碱性物质，如NaCO3、NaOH等进行中和反映，降低烟气中的酸性物质，达到中和水质的作用。通过对改造锅炉房余热回收污染物的排放进行检测，由于天然气中的含硫物质比较少，燃烧过程中的硫化物含量低，所以一般不予考虑，天然气锅炉中含量比较多的是氮氧化物，因此对锅炉设备的氮氧化物的排放量进行监测，监测结果见表1。
通过上述表格，可以看出，改造后的燃气锅炉烟气经过余热回收装置处理以后，NOx的质量流量比原来烟气排放装置的流量质量降低了10.48%，减排效果明显。
3.2.2 烟气余热回收量分析
改造的29MW锅炉余热回收装置改造以后，通过对其进行一段时间的监测，发现该装置的回收余热量起伏比较大。从中午12点以后到晚上的这段时间，回收余热不断增加。这主要是由于到了中午以后，气温逐渐降低，室内供暖需求增大，提高了锅炉的负荷，锅炉负荷从40%上升到85%。锅炉负荷的增加，直接导致了回收余热量的增加，余热回收系统负荷进一步增加。晚上高峰期用气阶段，余热量达到了2.57MW，是天然气锅炉设计值的85.7%，这样大大提高了锅炉的供热能力。每年可为29MW锅炉节约天然气83万m3。
4 结语
通过吸收式热泵换热装置对燃气锅炉中的余热进行深度利用，极大的提高了热水网的含热量以及烟气中的显热和潜热，降低了烟气中的氮氧化物，提高了锅炉设备的运行效率，节能减排效果明显，符合国家节能减排发展目标，因此值得大力推广和应用。
参考文献
[1]周聪，王正兴，贾向东，等.燃气供热锅炉房烟气余热深度回收技术应用及分析[C].//中国资源综合利用协会2013年发电行业资源综合利用大会论文集.2013：176-180.
[2]吴佳蕾，王随林，石书强，等.大型燃气锅炉烟气冷凝余热深度回收技术方案与节能潜力分析[J].暖通空调，2016，46（3）：66-69.
[3]李锋，付林，赵玺灵，等.天然气锅炉房烟气余热深度回收工程案例[J].煤气与热力，2015，35（11）：1-6.
